江西省畜禽養殖廢水及環境中抗生素殘留現狀調查

陳軍平 楊艷麗 吳志強等

摘要[目的]調查江西省畜禽養殖廢水及環境中抗生素殘留現狀。[方法]建立了高效液相色譜串聯四極桿質譜對四環素（TC）、金霉素（CTC）、磺胺二甲嘧啶（SMT）、磺胺甲噁唑（SMX）、諾氟沙星（NFC）、氧氟沙星（OFC）6種抗生素的檢測方法，對江西省南昌縣12個規模化養豬場養殖廢水及下游水環境樣品進行調查。[結果]6種抗生素在養殖廢水中都有檢出，最大檢出濃度分別為0.110、0.135、0.106、0.181、0.024和0.911 μg/L，以氧氟沙星最高；在下游水環境檢出率分別為58.3%、33.3%、66.7%、75.0%、41.7%和100.0%，氧氟沙星檢出率最高。[結論]下游水環境中抗生素殘留量總體低于養殖廢水，四環素類和磺胺類抗生素在少數養殖場下游環境水體中有一定富集。

關鍵詞抗生素；畜禽養殖廢水；水環境；殘留量

中圖分類號S181.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）31-224-04

Pollution of Antibiotics in Livestock Wastewater and the Environmental Water in Jiangxi Province

CHEN Junping1，YANG Yanli2，WU Zhiqiang1 et al

（1.Environmental Monitoring Center of Jiangxi Province，Nanchang，Jiangxi 330039； 2.The Science and Technology Park of Nanchang University，Nanchang，Jiangxi 330096）

Abstract [Objective] The research aimed to study antibiotics pollution in livestock wastewater and the environmental water in Jiangxi Province.[Method] A method for the determination of tetracycline （TC），chlortetracycline （CTC），sulfamethazine （SMT），sulfamethoxazole （SMX），norfloxacin （NFC） and ofloxacin （OFC） in environmental water samples was developed by using high performance liquid chromatographymass spectrometry （HPLCMS/MS）.The samples of livestock wastewater and the downstream environmental water were collected from 12 pig farms in Nanchang County of Jiangxi.[Result] 6 kinds of antibiotics in livestock wastewater have been checked out，and the maximum detection concentrations in livestock wastewater were 0.110，0.135，0.106，0.181，0.024 and 0.911 μg/L for TC，CTC，SMT，SMX，NFC and OFC respectively，in which OFC had the highest detection concentration.The detection rates in downstream environmental water were 58.3%，33.3%，66.7%，75.0%，41.7% and 100.0% for TC，CTC，SMT，SMX，NFC and OFC respectively，in which OFC had the highest detection rate.[Conclusion] The residual amounts of antibiotics in downstream water environment were lower than that in the livestock wastewater，and tetracyclines and sulfonamides antibiotics had certain enrichment in the downstream environmental water of a few farms.

Key words Antibiotics； Livestock wastewater； Water environment； Residue

抗生素作為一種重要的藥物廣泛用于醫藥、畜牧業和水產養殖業。調查表明，目前我國抗微生物類藥物（包括抗菌促生長劑）占主導地位，市場份額占60%以上[1]，與西方國家30%比例相比，反映了我國抗生素濫用情況嚴重[2]。由于缺乏有效的監管，集約化畜禽養殖場的污染物排放基本處于放任自“流”的狀態。徐昌旭等對江西省19個豬場的調查表明，能夠達到基本《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB18596-2001）的只有2個，占10.5%；建有沼氣池或3級沉淀池的豬場并在使用的只有7個，占36.8%；有10個豬場基本上是直接排放，主要排入河流中[3]。因此，集約化養殖對環境水體的污染比較嚴重，除排放高濃度COD、氮、磷等常規污染物外，也向環境水體排放抗生素類污染物，其中磺胺類、喹諾酮類、大環內酯類、四環素類等抗生素在畜禽養殖廢水中最為常見。

目前，江西省研究集約化養殖對水環境的污染主要還集中在COD、氮、磷等常規污染物上，抗生素的污染研究鮮有報道。近年來，國內已陸續開展了一些相關工作，但涉及養殖場排水口水體的測定和下游水體中抗生素變化的研究較少。為掌握磺胺類、喹諾酮類、四環素類抗生素污染對養殖場周邊水體的污染，該研究建立了水中磺胺類、喹諾酮類、四環素類3類6種抗生素的HPLC-MS/MS檢測方法，對南昌縣12個集約化養豬場的養殖廢水和下游環境水體進行了采樣、分析，旨在為環鄱陽湖周邊水環境中的抗生素污染研究提供基礎依據，對進一步研究抗生素在環境中的污染風險和生態毒性評價等具有重要意義。

1材料與方法

1.1儀器與試劑

1.1.1儀器設備。

Agilent 1200S 型高效液相色譜儀，配API 4000 Qtrap串聯四極桿線性離子阱質譜儀（美國AB公司）；色譜柱C 18柱；ASE12固相萃取儀；Waters Oasis HLB 200 mg 6 ml固相萃取小柱；MTN-2800W氮吹儀；Centrifuge 5804型離心機；微孔濾膜（0.22 μm）；Milli-Q超純水儀等。

1.1.2試劑。抗生素標準物四環素（TC）、金霉素（CTC）、磺胺二甲嘧啶（SMT）、磺胺甲噁唑（SMX）、諾氟沙星（NFC）、氧氟沙星（OFC）純度為99.8%，中國藥品生物制品檢定所；甲酸、甲醇、乙腈均為色譜級；乙二胺四乙酸二鈉和其他試劑均為分析純試劑；試驗用水為超純水。

1.2試驗方法

1.2.1樣品采集與儲存。

樣品采集于2012年7月，分別采集規模化養殖場養殖廢水、養殖場附近下游地表水體，共24個樣品。樣品用500 ml聚乙烯塑料瓶封口，冰袋保存帶回實驗室，于-20 ℃儲存。

1.2.2樣品前處理。

水樣的處理：水樣離心10 min（8 000 r/min），取200 ml上清液，加入0.2 g Na2EDTA，搖勻，將pH調至2.5～3.0。樣品上ASE12固相萃取儀，用經5 ml甲醇和5 ml水活化后Oasis HLB固相萃取小柱進行富集純化，流速控制在1 ml/min左右，用2 ml 5%甲醇水溶液凈化小柱，負壓抽干5 min。然后用6 ml氨水-甲醇（5∶95，V/V）洗脫[4]，洗脫液用氮氣吹至近干，最后用初始比例的流動相定容至1 ml，過0.22 μm的濾膜，待測[5]。

1.2.3標準溶液的配制。分別準確稱取0.01 g標準物質，用甲醇配成100 g/ml的標準儲備液。準確吸取0.5 ml四環素、金霉素、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲噁唑、諾氟沙星、氧氟沙星標準儲備液，用甲醇配成5.0 g/ml的混合標準儲備液，-20 ℃避光存放。分析時取適量混合標準儲備液，用甲醇稀釋制備成標準工作液，4 ℃避光存放。

1.2.4色譜和質譜條件。色譜條件：以乙腈和0.4 %甲酸為流動相，采用梯度洗脫的方式對養豬廢水中抗生素類物質進行LC-MS/MS測定。優化的色譜條件如下：

色譜柱為C18柱 （46 mm×250 mm，5 μm），流速為1.0 ml/min，進樣量為20 μl，流動相A為0.4%甲酸水溶液，流動相B為

乙腈，梯度程序為10% A和90% B 0 min，70% A和30% B 5 min，10% A和 90% B 8 min。

質譜條件：正離子模式掃描（ESI+）；采集方式為MRM；離子源溫度為500 ℃；電噴霧電壓（IS）為5 500 V；碰撞氣體速度為中流速。優化后的質譜條件見表1。

1.2.5方法驗證。

配制0.2～200.0 μg/L工作標準溶液，采用外標定量法，建立金霉素、四環素、磺胺甲噁唑、磺胺二甲嘧啶、諾氟沙星和氧氟沙星的定量校正曲線，6種抗生素的線性回歸系數R均達到0.996以上。以信噪比≥10時的濃度為定量檢出限，得到目標化合物的檢測限為1～10 ng/L，結合測定的4個添加濃度5次重復的回收率平均值為74.7%～82.1%，相對標準偏差RSD在1.7%～5.8%之間。

2結果與分析

2.1養殖廢水中磺胺類、喹諾酮類、四環素類抗生素殘留現狀

對南昌縣12個集約化養豬場養殖廢水的抗生素殘留調查結果（表2）表明，養殖廢水中磺胺類、喹諾酮類、四環素類抗生素均有檢出，主要原因可能是3類抗生素在規模化養殖場“以飼代藥”使用較為普遍。魏瑞成等研究表明，抗生素在畜禽養殖業中以亞治療劑量長期添加于動物飼料中，刺激動物生長和促進增產。檢出濃度表現為喹諾酮類>四環素類>磺胺類，喹諾酮類抗生素中氧氟沙星檢出濃度大于諾氟沙星檢出濃度，氧氟沙星的最大檢出濃度為0.911 μg/L，最低檢出濃度為0.103 μg/L，中位數為0.299 μg/L；四環素類抗生素表現為四環素檢出濃度大于金霉素的檢出濃度，四環素的最大檢出濃度為0.110 μg/L，最低檢出濃度為0.054 μg/L，中位數為0.074 μg/L；磺胺類抗生素表現為磺胺甲噁唑檢出濃度大于磺胺二甲嘧啶檢出濃度，磺胺甲噁唑的最大檢出濃度為0.181 μg/L，最低檢出濃度為0.020 μg/L，中位數為0.068 μg/L。

2.2環境水體中磺胺類、喹諾酮類、四環素類抗生素污染現狀

12個集約化養豬場下游環境水體的抗生素殘留調查結果見表3，環境水體中6種抗生素均有不同程度的檢出。從檢出率結果看，表現為氧氟沙星（100.0%）>磺胺甲噁唑（75.0%）>磺胺二甲嘧啶（66.7%）>四環素（58.3%）>諾氟沙星（33.3%）>金霉素（25.0%）。12個養殖場中，4號養殖場下游環境水體的抗生素檢出率最高，6種抗生素都有檢出，10和12號養殖場下游環境水體的抗生素檢出率最低，只檢出氧氟沙星。環境水體中6種抗生素殘留濃度的中位值結果為氧氟沙星>四環素>金霉素>磺胺甲噁唑>諾氟沙星>磺胺二甲嘧啶，其中氧氟沙星在環境水體中的絕對檢出濃度最大，達到0.464 μg/L。

2.3喹諾酮類、磺胺類、四環素類抗生素污染潛在危害分析

12個集約化養豬場養殖廢水和環境水體中6種抗生素殘留量調查結果對比情況見圖1。由圖1可見，環境水體中6種抗生素的殘留量總體表現為低于養殖廢水中殘留量趨勢。其中，喹諾酮類抗生素氧氟沙星和諾氟沙星在環境水體中殘留量均低于養殖廢水中殘留量；磺胺類抗生素有部分養豬場環境水體殘留量高于養殖廢水殘留量，3和4號養殖場磺胺甲噁唑的環境水體殘留量約為養殖廢水殘留量的2倍，9號養殖場磺胺二甲嘧啶環境水體殘留量約為養殖廢水殘留量的1.2倍，表現出一定的富集性；四環素類抗生素也表現出部分養豬場環境水體殘留量高于養殖廢水殘留量，2和4號養豬場金霉素的環境水體殘留量約為養殖廢水殘留量的1.2倍，6和8號養殖場四環素環境水體殘留量約為養殖廢水殘留量的1.1倍。

安徽農業科學2015年

3討論

自從1929 年青霉素被發現并臨床應用，抗生素作為一種重要的藥物廣泛用于醫藥、畜牧業和水產養殖業。1996年全球抗生素飼料添加劑的用量占全部飼料添加劑用量的45.8%，抗生素總產量的70%左右用于畜牧業[6-11]。我國是抗生素的生產和使用大國，畜禽養殖業中抗生素不合理應用的現象非常普遍，每年有6 000 t抗生素用于飼料添加劑，占全球抗生素飼料添加劑使用量的50%[12]。然而研究表明，抗生素進入機體后，少部分經過羥基化、裂解和葡萄糖苷酸化等代謝反應生成無活性的產物，很大一部分以原形通過糞便和尿液排出體外[7，13-15]。

邰義萍等對廣東省畜牧糞便研究表明，豬糞中喹諾酮類和磺胺類抗生素均全部被檢出，前者平均總含量為581.0 μg/kg，以恩諾沙星和環丙沙星為主；后者平均總含量為4 403.9 μg/kg，以磺胺甲基嘧啶和磺胺甲噁唑為主[16]。陳昦等對江蘇省集約化畜禽養殖排泄物調查結果為磺胺類藥物殘留的檢出率普遍較高，其中磺胺二甲嘧啶、磺胺氯噠嗪、磺胺檢出率均高于50%[9]。該調查結果為氧氟沙星（1000%）>磺胺甲噁唑（75.0%）>磺胺二甲嘧啶（66.7%）>四環素（58.3%）>諾氟沙星（33.3%）>金霉素（25.0%），與陳昦等研究結果較為相似。

有研究表明，四環素類和磺胺類藥物在地表水中濃度為0.03～0.06 μg/L，而在水產養殖場的水樣中濃度為1～6 mg/L[17]。該調查結果表明，養殖廢水中磺胺類抗生素濃度為0.005～0.181 μg/L、四環素類抗生素濃度為0.054～0.135 μg/L、喹諾酮類抗生素濃度為0.005～0.911 μg/L；環境水體中磺胺類抗生素檢出濃度為0.004～0.066 μg/L、四環素類抗生素檢出濃度為0.024～0.111 μg/L、喹諾酮類抗生素檢出濃度為0.005～0.464 μg/L。有資料表明，抗生素類藥物在環境中比較穩定，其半衰期長達20 d到幾年[18-21]，且能遷移和富集；氯四環素與土壤固相緊密結合，可能在土壤環境中累積；而磺胺甲嘧啶因其難降解性，在環境中持續長期存在的可能性較大，具有一定的環境風險性[19]。該調查結果表明，磺胺類和四環素類抗生素在少數養殖場下游水環境中存在一定富集，這與養殖場周邊環境容量和養殖場污水排放量有關。

4結論

（1）6種抗生素在12個集約化養豬場養殖廢水中都有檢出，喹諾酮類檢出濃度最大為氧氟沙星，為0.911 μg/L；四環素類檢出濃度最大為四環素，為0.110 μg/L；磺胺類檢出濃度最大為磺胺甲噁唑，為0.181 μg/L。

（2）環境水體中6種抗生素均有不同程度的檢出，其中氧氟沙星在環境水體中的絕對檢出濃度最大，達到0.464 μg/L。

（3）養殖場下游環境水體中6種抗生素的殘留量總體存在低于養殖廢水中殘留量趨勢，但磺胺類和四環素類抗生素在少數養殖場下游水環境中有一定富集。

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